Мышцы голени также участвуют в прямохождении и удержании тела в вертикальном положении. Подобно предплечью, утолщенные мышечные части лежат в проксимальном отделе, по направлению к стопе они переходят в сухожилия. На голени отсутствуют мышцы-вращатели. Мышцы голени подразделяются на три группы: переднюю, осуществляющую тыльное сгибание стопы и разгибание пальцев – это передняя большеберцовая, длинный разгибатель пальцев стопы, длинный разгибатель большого пальца стопы, заднюю, мышцы которой выполняют подошвенное сгибание стопы и пальцев – трехглавая, подошвенная, подколенная, длинные сгибатели пальцев и большого пальца стопы и задняя большеберцовая мышца и латеральную, мышцы которой участвуют в сгибании стопы (короткая и длинная малоберцовые мышцы).

В связи с прямохождением человеку постоянно приходится преодолевать силу тяжести, поэтому большое число мышц осуществляют подошвенное сгибание стопы (8), а малоберцовые мышцы являются сгибателями стопы, чему способствует также развитие наружной лодыжки. На задней поверхности коленного сустава мышцы двуглавая и полуперепончатая (сверху) и обе головки икроножной (снизу) ограничивают подколенную ямку, имеющую форму ромба, в которой проходят сосуды и нервы.

Мышцы стопы. Движения пальцев стопы незначительны. Их осуществляют, помимо мышц голени, тыльные мышцы стопы (короткие разгибатели пальцев и большого пальца стопы), и на подошве последние преобладают. Подошвенные мышцы укрепляют свод стопы. Они подразделяются на три группы: медиальную, которая осуществляет движения большого пальца (отводящая, приводящая и короткий сгибатель пальцев стопы); латеральную, приводящую в движение мизинец (отводящая и короткий сгибатель); среднюю (4 червеобразных, короткий сгибатель пальцев, квадратная мышца подошвы, 7 межкостных 3 подошвенные и 4 тыльные). Фасция подошвы резко утолщается и образует подошвенный апоневроз, идущий от пяточного бугра к основаниям пальцев, от которого вглубь идут две перегородки, разделяющие описанные группы мышц.

Функция опорно-двигательного аппарата

Опорно-двигательный аппарат выполняет функции формообразования, опоры и движения. Последнее возможно благодаря способности сокращаться, укорачиваться и развивать мышечное напряжение. Механизм мышечного сокращения опии сан в разделе «Мышечная ткань» (см. с. 43). Поперечнополосатые мышечные волокна сокращаются под влиянием импульсов, генерируемых мотонейронами передних столбов спинного мозга. Мышцы и иннервирующие их мотонейроны образуют нервно-мышечный аппарат. Основная структурно-функциональная единица нервно-мышечного аппарата – один мотонейрон с иннервируемыми им мышечными волокнами (двигательная единица ДЕ) (рис. 32).

В зависимости от ряда морфофизиологических показателей (толщины волокон, содержания в них миоглобина, количества митохондрий, активности окислительных ферментов) различают красные, белые и промежуточные поперечнополосатые мышечные волокна. Красные волокна богаты саркоплазмой, миоглобином (миоглобин – железосодержащий белок мышечных клеток, близкий по строению к гемоглобину, который обратимо связывается с белком) и митохондриями, активность окислительных ферментов в них высокая, однако они самые тонкие, количество миофибрилл в них невелико, и они расположены группами. Более толстые промежуточные волокна беднее миоглобином и митохондриями. И наконец, самые толстые белые волокна содержат меньше всего саркоплазмы, миоглобина и митохондрий, но количество миофибрилл в них больше и располагаются они равномерно, в них ниже активность окислительных ферментов. Структура и функция волокон неразрывно связаны между собой.

Скелетные мышцы человека содержат мышечные волокна всех типов, однако в зависимости от функции мышцы в ней преобладает тот или иной тип волокон. Например, в четырехглавой мышце бедра человека относительное количество красных волокон (медленных единиц) колеблется в пределах от 40 до 98 %. В то же время соотношение тех и других в каждой мышце строго индивидуально и детерминировано генетически. Чем больше в мышцах белых (быстрых) волокон, тем человек лучше приспособлен к выполнению физической работы, требующей большой силы и скорости; чем больше красных (медленных) волокон, тем выносливее человек. Аналогичные отношения и у животных. У длительно летающих птиц, например, в грудных мышцах преобладают красные волокна, в то время как у нелетающих кур белые.

Рис. 32. Строение двигательной единицы (по Коробкову и Чесноковой). II – спинной мозг; II – мышца; 1 – мононейроны; 2 – двигательные единицы; 3 – мышечные волокна

Работоспособность, работа, утомление и отдых

Работа – это осуществление клеткой, органом, системой органов или организмом свойственных им функций. Человек разумный выполняет, как правило, общественно-полезную работу. Научно-технический прогресс изменил характер работы человека. На смену физическому труду пришел труд умственный. И это накладывает серьезный отпечаток на здоровье человека.

Работоспособность – это способность человека выполнять максимально возможное количество работы на протяжении определенного (заданного) времени и с определенной эффективностью. Работоспособность, подобно работе, подразделяется на умственную и физическую. Умственная работоспособность – это способность выполнять определенное количество работы, требующей значительной активации нервно-психической сферы; физическая работоспособность – это способность выполнять максимально возможное количество физической работы за счет активации функции опорно-двигательного аппарата. Естественно физическая работоспособность зависит и от состояния нервной системы, иннервирующей опорно-двигательный аппарат.

Выполнение работы требует затрат энергии. Общая потребность в энергии – это сумма основного и рабочего обмена. Основной обмен – количество энергии, затрачиваемое организмом в условиях полного покоя для поддержания жизни. У мужчин эта величина в среднем составляет 1 ккал на 1 кг массы тела в 1 ч. (4,2 кДж). У женщин 0,9 ккал (3,8 кДж). Основной обмен у детей обратно пропорционален возрасту: чем ребенок младше, тем выше основной обмен. Это связано с затратой энергии на пластические процессы. Так, например, основной обмен семилетнего ребенка в 2–2,5 раза больше 12-летнего, в 1,3 раза больше, чем взрослого человека (соответственно 1,8, 1,3 и 1 ккал/кг/ч).

Рабочий обмен – это затрата энергии для выполнения внешней работы.

ВНИМАНИЕ

Общая потребность в энергии при умственном труде в сутки равна 2500–3200 ккал (10475–13410 кДж), при механизированном труде или легкой немеханизированной работе – 3200–3500 ккал (13410–14665 кДж), при частично механизированном труде или немеханизированном труде умеренной тяжести – 3500–4500 ккал (14665–18855 кДж), при тяжелом немеханизированном физическом труде – 4500–5000 ккал (18855–20950 кДж).

Физическая работа связана с деятельностью опорно-двигательного аппарата, основную роль в этом выполняют скелетные мышцы. Если благодаря сокращению мышцы меняется положение части тела, то преодолевается сила сопротивления, т. е. выполняется преодолевающая работа. Когда мышцы, сокращаясь, перемещают тело или его части в пространстве, они выполняют преодолевающую или уступающую работу, которая является динамической. В основе динамической работы лежат два типа сокращения: изотоническое, при котором мышца укорачивается при постоянной внешней нагрузке, и анизотоническое, или ауксотоническое, при котором мышца укорачивается, развивая напряжение.